CN114233426B - 一种增程式发动机低摩擦阀系结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增程式发动机低摩擦阀系结构，包括进气凸轮轴、排气凸轮轴和缸盖本体，在缸盖本体上设有进气门、排气门、进气滚子摇臂、排气滚子摇臂以及进气液压挺杆和排气液压挺杆；所述进气门的轴心线、进气液压挺杆的轴心线以及进气凸轮中心与滚子中心之间的连线相互平行，所述排气门的轴心线、排气液压挺杆的轴心线以及排气凸轮中心与滚子中心之间的连线相互平行；所述进气门的杆部的轴心线与竖直平面之间的夹角为15°‑18°，排气门的杆部的轴心线与竖直平面之间的夹角为20°‑25°；进气门的盘部直径＞33mm，排气门的盘部直径＞28mm。本发明能够有效增大发动机进气量，降低阀系整体摩擦，从而提高整个发动机的效率。

Description

一种增程式发动机低摩擦阀系结构

技术领域

本发明涉及汽车发动机设计技术领域，尤其涉及一种增程式发动机低摩擦阀系结构。

背景技术

随着国家排放、法规日趋严苛，各汽车厂都在开展电动车的研发投入，但目前电池技术突破程度有限，电动车用户普遍存在里程焦虑，而增程式发动机可实现为电机提供电能，可实现为其增程，从而解决里程焦虑的痛点。增程式发动机运行工况点集中在高效区域，因此其核心需求为高热效率，如中国专利CN104265391A公开的“一种发动机阀系布置结构”中，采用机械挺杆式配气机构，其主要缺点为：1、存在气门间隙，在早期，各缸气门间隙不均匀，导致功率、扭矩存在微小变化；2、而随着发动机运行时间加长，气门、气门座磨损后，气门间隙增大，气门正时准确性变差，导致功率、扭矩变差的同时排放也会恶化，不能满足发动机高热效率需求。

目前，高热效率的发动机通常采用米勒/阿特金森循环得以实现。米勒/阿特金森循环是通过进气门早关或晚关的形式降低有效压缩比，进而抑制爆震倾向，由此可使发动机采用较高的几何压缩比以提高膨胀比，进而提高热效率，提升发动机经济性。米勒循环发动机所能达到的动力性水平还取决于采用的米勒循环深度和压缩比，通常米勒程度越深，压缩比越高，对应的热效率水平也越高。米勒发动机的米勒气门升程通常用于进气侧，对应的进气凸轮型线为瘦高型（气门升程较大，且持续期较短），因此对高速负荷影响较大，功率损失明显，为了兼顾油耗和动力属性，目前主机厂应用VVL技术，即部分负荷采用深度米勒循环改善油耗，大负荷则采用奥托循环增加进气量，以此提升充气效率，从而实现高动力输出，以达到在提升热效率的同时兼顾动力性。但是，上述结构整体较为复杂，因进排气结构以及进排气门结构限制，使得进气量不能有效满足高热效率需要。

同时，在高热效率发动机中，瘦高型凸轮型线的的应用将使得阀系受力恶劣，再加上为实现紧凑化布置，匹配VVL技术的凸轮宽度和滚子宽度会很窄，进一步恶化了阀系受力，尤其当气门杆与滚子摇臂的侧边之间产生作用力后，会造成气门杆与气门导管之间的摩擦力增大，同时，凸轮与滚子摇臂接触后，该作用力通过凸轮作用于凸轮轴，进而使凸轮轴受到轴向作用力，使整个阀系所受到的摩擦力增大，严重影响整个阀系的工作。

在这种情况下，在满足性能边界的情况下，设计一种低摩擦阀系结构至关重要。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种增程式发动机低摩擦阀系结构，能够有效增大发动机进气量，降低阀系整体摩擦，从而提高整个发动机的热效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种增程式发动机低摩擦阀系结构，包括进气凸轮轴、排气凸轮轴和缸盖本体，在进气凸轮轴和排气凸轮轴上对应设有进气凸轮和排气凸轮；在缸盖本体上设有进气门、排气门、进气滚子摇臂、排气滚子摇臂以及进气液压挺杆和排气液压挺杆；其特征在于：所述进气门的杆部的轴心线、进气液压挺杆的轴心线以及进气凸轮的旋转中心与进气滚子摇臂的滚子中心之间的连线相互平行，所述排气门的杆部的轴心线、排气液压挺杆的轴心线以及排气凸轮的旋转中心与排气滚子摇臂的滚子中心之间的连线相互平行。

进一步地，所述进气门的杆部的轴心线与竖直平面之间的夹角为15°-18°，排气门的杆部的轴心线与竖直平面之间的夹角为20°-25°；进气门的盘部直径＞33mm，排气门的盘部直径＞28mm。

进一步地，所述进气液压挺杆位于进气门的右侧，排气液压挺杆位于排气门的右侧。

进一步地，所述进气门的杆部和排气门的杆部上对应套设有进气门导管和排气门导管，其中，进气门导管与进气通道之间的间距大于2mm，排气门导管的下端与排气通道之间的间距也大于2mm。

进一步地，所述进气门导管上端与进气门杆部上端之间的间距为28-35，其下端与进气门盘部的底面之间的间距为20-30；排气门导管上端与排气门杆部上端之间的间距为28-32，其下端与进气门盘部的底面之间的间距为20-30。

进一步地，在缸盖本体的进气门油封安装面上安装有进气门油封，排气门油封安装面上安装有排气门油封；其中，进气门油封采用小泄漏量，其泄漏量＜0.2cc/10h；排气门油封采用大泄漏量，其泄漏量＞0.2cc/10h。

进一步地，所述进气滚子摇臂与进气门的杆部配合的面为弧面，且初始位置时，进气门的杆部与进气滚子摇臂接触的点与进气门杆部的轴心线之间的偏移量为1-1.1mm；排气滚子摇臂与排气门的杆部配合的面也为弧面，且初始位置时，排气门的杆部与排气滚子摇臂接触的点与排气门杆部的轴心线之间的偏移量为0.9-1.1mm。

进一步地，初始位置时，进气滚子摇臂的滚子的中心与进气液压挺杆的球头的距离以及排气滚子摇臂的滚子的中心与排气液压挺杆的球头的距离均小于20 mm。

进一步地，所述排气门均为中空结构，该中空部分从排气门的盘部延伸至杆部的中部。

进一步地，所述进气门的盘部和排气门的盘部的厚度小于3mm（形成薄盘结构）。

进一步地，所述进气凸轮和排气凸轮的基圆直径均小于25mm，宽度小于6mm；滚子摇臂的宽度小于5.5mm。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、进气凸轮轴和排气凸轮轴旋转运动时，推动进气门和排气门上下往复运动，并且在进气门和排气门上下往复运动过程中尽可能只受到沿进气门中心线和排气门中心线的力，而不产生与进气门中心线和排气门中心线呈一定角度的侧向分力，以使进气门和排气门所受侧向力最小化，避免气门机构运动过程中因侧向力而导致的进气门、排气门的磨损；以及进气门导管和排气门导管的磨损和进气门座圈和排气门座圈的磨损。

2、通过对进气门的角度的调整，从而能够使进气门盘部面积更大，这样，整体结构更加紧凑，并且能够有效增大发动机进气量，滚流比等，从而提高整个发动机的热效率，同时满足了空间紧凑化布置。

3、进气液压挺杆和排气液压挺杆分别位于进气门和排气门右侧，这样，凸轮与滚子摇臂接触过程中，均从滚子摇臂与液压挺杆接触的位置开始向进气门或排气门方向移动，这样，在凸轮与滚子摇臂接触的过程中，能够实现自动调整摇臂的位置，使进气门或排气门的杆部仅与摇臂的弧形面接触，而不与摇臂的侧边接触，从而大大减少了整个阀系的摩擦力，也能进一步提高整个发动机的热效率。

4、通过对进/排气门导管位置的调整，避免了进气门导管对进气气流产生阻力而影响充气效率，同时避免排气高温恶化排气门导管的工作环境而导致磨损。

附图说明

图1为本发明的阀系布置示意图。

图2为本发明的阀系结构示意图。

图3为本发明的阀系结构在缸盖上的布置示意图。

图4为本发明的排气门与摇臂接触位置示意图。

图5为本发明的进气门与摇臂接触位置示意图。

图中：0-1进气门杆部的轴心线；0-2进气液压挺杆的轴心线；0-3进气凸轮的旋转中心与滚子中心的连线；0-4排气门杆部的轴心线；0-5排气液压挺杆的轴心线；0-6排气凸轮的旋转中心与滚子中心的连线；0-7竖直平面；

1-进气凸轮轴，2-排气凸轮轴，3-缸盖本体，4-进气凸轮，5-排气凸轮，6-进气门，7-排气门，8-进气滚子摇臂，9-排气滚子摇臂，10-进气液压挺杆，11-排气液压挺杆，12-进气门导管，13-排气门导管。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1至图5，一种增程式发动机低摩擦阀系结构，包括进气凸轮轴1、排气凸轮轴2和缸盖本体3。在进气凸轮轴1和排气凸轮轴2上对应设有进气凸轮4和排气凸轮5。所述进气凸轮4和排气凸轮5的基圆直径均小于25mm，宽度小于6mm；滚子摇臂的宽度小于5.5mm；从而能够有效减轻重量而降低磨损；同时保证紧凑化布置。在缸盖本体3上设有进气门6、排气门7、进气滚子摇臂8、排气滚子摇臂9以及进气液压挺杆10和排气液压挺杆11；其中，所述进气门6和排气门7均包括杆部和盘部；实施时，所述排气门7均为中空结构，该中空部分从排气门7的盘部延伸至杆部的中部。这样，排气门7重量能减轻15%以上，实现重量减轻从而降低摩擦；同时这种结构还有利于高效传热，降低排温，避免爆震，从而降低摩擦。所述进气门6的盘部和排气门7的盘部的厚度＜3mm（形成薄盘结构）；从而在保证结构强度的基础上降低了重量，从而减小摩擦。在进气门6杆部和排气门7杆部的上部分别套设有进气门6弹簧和排气门7弹簧，在进气门6和排气门7的杆部靠近上端处设有弹簧座，进气门6弹簧和排气门7弹簧位于弹簧座与缸盖本体3之间，初始状态，在进气门6弹簧和排气门7弹簧的作用下，进气门6和排气门7将发动机的进气通道和排气通道封闭。作为优化，气门弹簧的预紧力＜200N，进一步降低了磨损，实现了低摩擦。实际装配中，在进气通道和排气通道的里端对应安装有进气门6座圈和排气门7座圈，进气门6盘部的锥面和排气门7盘部的锥面分别与进气门6座圈和排气门7座圈贴合，以实现密封。

所述进气门6的杆部的轴心线、进气液压挺杆10的轴心线以及进气凸轮4的旋转中心与进气滚子摇臂8的滚子中心之间的连线相互平行，所述排气门7的杆部的轴心线、排气液压挺杆11的轴心线以及排气凸轮5的旋转中心与排气滚子摇臂9的滚子中心之间的连线相互平行。上述三者之间均采用平行布置结构，能够使进气凸轮轴1和排气凸轮轴2旋转运动时，推动进气门6和排气门7上下往复运动，并且在进气门6和排气门7上下往复运动过程中尽可能只受到沿进气门6中心线和排气门7中心线的力，而不产生与进气门6中心线和排气门7中心线呈一定角度的侧向分力，以使进气门6和排气门7所受侧向力最小化，避免气门机构运动过程中因侧向力而导致的进气门6、排气门7的磨损；以及进气门导管12和排气门导管13的磨损和进气门6座圈和排气门7座圈的磨损。

其中，所述进气门6的杆部的轴心线与竖直平面（竖直方向）之间的夹角X为15°-18°，排气门7的杆部的轴心线与竖直平面之间的夹角Y为20°-25°；这样，进排气门7的盘部直径能够做到足够大，对应地，进气通道里端及进气门6座圈的直径以及排气通道里端及排气门7座圈的直径也能做到足够大，从而提升进排气效率。进气门6的盘部直径＞33mm，以保证充足的进气量，获得较高的充气效率；排气门7的盘部直径＞28mm，保证排气顺畅。通过上述结构，配合发动机直进式进气通道（无弯曲等），能够最大化降低气流运动的阻力，增强对气流的引导作用，合理组织缸内气流运动，以达到提升充气效率和滚流比的目的，增强湍流强度，改善燃烧，提升热效率。

在缸盖本体3的进气门6油封安装面上安装有进气门6油封，排气门7油封安装面上安装有排气门7油封。其中，进气门6油封采用小泄漏量，其泄漏量＜0.2cc/10h，以降低机油消耗，从而提高热效率；排气门7油封采用大泄漏量，其泄漏量＞0.2cc/10h，以降低排气门导管13的温度，并同时保证充足润滑，以避免磨损并降低摩擦。

实施过程中，所述进气液压挺杆10位于进气门6的右侧，排气液压挺杆11位于排气门7的右侧。这样，从前端看，进、排气侧的滚子摇臂均布置在气门右侧，凸轮转动时，与滚子摇臂接触过程中，均从滚子摇臂与液压挺杆接触的位置液压挺杆球头（支点）开始向进气门6或排气门7方向移动，这个过程和拉一个传统的两滑轮手提箱类似，力是通过滚子摇臂作用在液压挺杆球头上，由于“拉”的过程具有自调节功能，这样，在凸轮与滚子摇臂接触的过程中，能够实现自动调整摇臂的位置，避免摇臂发生偏移而导致凸轮轴受到轴向力而增大摩擦，并使进气门6或排气门7的杆部仅与摇臂的弧形面接触，而不与摇臂的侧边接触，从而大大减少了整个阀系的摩擦力，也能进一步提高整个发动机的热效率。

所述进气门6的杆部和排气门7的杆部上对应套设有进气门导管12和排气门导管13，并间隙配合在一起；所述进气门导管12和排气门导管13均嵌设于缸盖本体3中，并与缸盖本体3过盈配合。其中，进气门导管12与进气通道之间的间距大于2mm，排气门导管13的下端与排气通道之间的间距也大于2mm。作为优选，所述进气门导管12上端与进气门6杆部上端之间的间距为28-35mm，其下端与进气门6盘部的底面之间的间距为20-30mm；排气门导管13上端与排气门7杆部上端之间的间距为28-32mm，其下端与进气门6盘部的底面之间的间距为20-30mm。该布置位置能有效保证进气门6油封的充足布置设计空间，进气门导管12下端也避免因伸入进气通道而影响进气流阻而增大摩擦，在此基础上，同时保证了进气门导管12与进气门6的长度之比＞43%，以达到良好的导向作用而避免进气门6在进气门导管12的内孔发生偏磨而导致磨损。同时，排气门导管13的布置位置能有效保证排气门7油封的充足布置设计空间，其下端也能避免伸入排气通道中，因排气高温影响而增大摩擦，在此基础上，同时保证了排气门导管13与排气的长度之比＞41%，以达到良好的导向作用并避免排气门7在排气门导管13的内孔发生偏磨而导致摩擦磨损。

其中，所述进气滚子摇臂8与进气门6的杆部配合的面为弧面（大直径），且初始位置时，进气门6的杆部与进气滚子摇臂8接触的点与进气门6杆部的轴心线之间的偏移量为1-1.1mm；排气滚子摇臂9的摇臂与排气门7的杆部配合的面也为弧面，且初始位置时，排气门7的杆部与排气滚子摇臂9接触的点与排气门7杆部的轴心线之间的偏移量为0.9-1.1mm。这种设计一方面是在中心保持不变的情况下降低进气门6和排气门7的长度，气门长度降低进一步减轻重量而降低摩擦；另一方面降低了滚子摇臂与气门接触面与进气门6、排气门7之间的压强，从而降低磨损。以上初始偏移量取得了气门杆端接触应力、气门滑移速度、气门导管侧向力的最佳平衡，既减小了进气门6和排气门7杆端的接触应力，同时也降低了进气门6和排气门7杆端的滑移速度，同时滚子摇臂的滚子与进气凸轮轴1及排气凸轮轴2之间的接触应力也有所降低，从而实现摩擦降低。作为优化，初始位置时，进气滚子摇臂8的滚子的中心与进气液压挺杆10的球头的距离以及排气滚子摇臂9的滚子的中心与排气液压挺杆11的球头的距离均小于20mm；降低了滚子摇臂的回转半径，从而减轻重量，降其转动惯量。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种增程式发动机低摩擦阀系结构，包括进气凸轮轴、排气凸轮轴和缸盖本体，在进气凸轮轴和排气凸轮轴上对应设有进气凸轮和排气凸轮；在缸盖本体上设有进气门、排气门、进气滚子摇臂、排气滚子摇臂以及进气液压挺杆和排气液压挺杆；其特征在于：所述进气门的杆部的轴心线、进气液压挺杆的轴心线以及进气凸轮的旋转中心与进气滚子摇臂的滚子中心之间的连线相互平行，所述排气门的杆部的轴心线、排气液压挺杆的轴心线以及排气凸轮的旋转中心与排气滚子摇臂的滚子中心之间的连线相互平行。

2.根据权利要求1所述的一种增程式发动机低摩擦阀系结构，其特征在于：所述进气门的杆部的轴心线与竖直平面之间的夹角为15°-18°，排气门的杆部的轴心线与竖直平面之间的夹角为20°-25°；进气门的盘部直径＞33mm，排气门的盘部直径＞28mm。

3.根据权利要求1所述的一种增程式发动机低摩擦阀系结构，其特征在于：所述进气液压挺杆位于进气门的右侧，排气液压挺杆位于排气门的右侧。

4.根据权利要求1所述的一种增程式发动机低摩擦阀系结构，其特征在于：所述进气门的杆部和排气门的杆部上对应套设有进气门导管和排气门导管，其中，进气门导管与进气通道之间的间距大于2mm，排气门导管的下端与排气通道之间的间距也大于2mm。

5.根据权利要求4所述的一种增程式发动机低摩擦阀系结构，其特征在于：所述进气门导管上端与进气门杆部上端之间的间距为28-35mm，其下端与进气门盘部的底面之间的间距为20-30mm；排气门导管上端与排气门杆部上端之间的间距为28-32mm，其下端与进气门盘部的底面之间的间距为20-30mm。

6.根据权利要求4所述的一种增程式发动机低摩擦阀系结构，其特征在于：在缸盖本体的进气门油封安装面上安装有进气门油封，排气门油封安装面上安装有排气门油封；其中，进气门油封采用小泄漏量，其泄漏量＜0.2cc/10h；排气门油封采用大泄漏量，其泄漏量＞0.2cc/10h。

7.根据权利要求1所述的一种增程式发动机低摩擦阀系结构，其特征在于：所述进气滚子摇臂与进气门的杆部配合的面为弧面，且初始位置时，进气门的杆部与进气滚子摇臂接触的点与进气门杆部的轴心线之间的偏移量为1-1.1mm；排气滚子摇臂与排气门的杆部配合的面也为弧面，且初始位置时，排气门的杆部与排气滚子摇臂接触的点与排气门杆部的轴心线之间的偏移量为0.9-1.1mm。

8.根据权利要求1所述的一种增程式发动机低摩擦阀系结构，其特征在于：初始位置时，进气滚子摇臂的滚子的中心与进气液压挺杆的球头的距离以及排气滚子摇臂的滚子的中心与排气液压挺杆的球头的距离均小于20mm。

9.根据权利要求1所述的一种增程式发动机低摩擦阀系结构，其特征在于：所述排气门均为中空结构，该中空部分从排气门的盘部延伸至杆部的中部。

10.根据权利要求1所述的一种增程式发动机低摩擦阀系结构，其特征在于：所述进气门的盘部和排气门的盘部的厚度小于3mm。

11.根据权利要求1所述的一种增程式发动机低摩擦阀系结构，其特征在于：所述进气凸轮和排气凸轮的基圆直径均小于25mm，宽度小于6mm；滚子摇臂的宽度小于5.5mm。